(57)【要約】【課題】設計自由度が高く、しかも、簡素な工程で、面内バラツキの少ない半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子の製造方法は、素子製造用基板の主面に凸部を形成し、次いで、凸部凸部の頂面上に発光部を形成する工程を具備し、凸部の形成工程は、（ａ）素子製造用基板１１０の主面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層１６１を形成した後、（ｂ）エッチング液を用いてウェットエッチングを行い、断面形状が等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いてウェットエッチングを行い、等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する各工程から成る。【選択図】  図３
2010050255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
｛１００｝面を頂面とする下地に、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する方法であって、
（ａ）下地に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて下地をエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、下地をウェットエッチング法にて更にエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る、下地における凸部形成方法。
【請求項２】
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する請求項１に記載の下地における凸部形成方法。
【請求項３】
前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度は、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも高い請求項２に記載の下地における凸部形成方法。
【請求項４】
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する請求項１に記載の下地における凸部形成方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度は、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも低い請求項４に記載の下地における凸部形成方法。
【請求項６】
（Ａ）｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板の該主面に、素子製造用基板の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成し、次いで、
（Ｂ）凸部の頂面上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る発光部を形成し、併せて、凸部が形成されていない素子製造用基板の主面の部分に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る積層構造体を形成し、その後、
（Ｃ）該積層構造体上に、発光部を構成する活性層の側面を少なくとも覆う電流ブロック層を形成する、
工程を具備し、
前記工程（Ａ）は、
（ａ）素子製造用基板の主面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて素子製造用基板の主面をエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、素子製造用基板の主面をウェットエッチング法にて更にエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る、半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度は、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも高い請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨDとしたとき、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．５
を満足する請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．７
を満足する請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨD、凸部上層の幅をＷUとしたとき、
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．４
を満足する請求項６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．９
を満足する請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えた半導体発光素子において、第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する工程を含む、半導体発光素子の製造方法であって、
凸部の形成工程は、
（ａ）第２化合物半導体層の頂面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて第２化合物半導体層を厚さ方向に一部分エッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、第２化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、更にウェットエッチング法にてエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る、半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度は、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも高い請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度は、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも低い請求項１６に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
｛１００｝面を頂面とする下地に設けられ、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する下地に設けられた凸部。
【請求項１９】
｛１００｝面を頂面とする下地に設けられ、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する下地に設けられた凸部。
【請求項２０】
（イ）｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板の該主面に設けられ、素子製造用基板の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部、
（ロ）凸部の頂面上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る発光部、並びに、
（ハ）凸部が形成されていない素子製造用基板の主面の部分に形成され、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る積層構造体、並びに、該積層構造体上に形成され、発光部を構成する活性層の側面を少なくとも覆う電流ブロック層、
を具備しており、
凸部は、凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する半導体発光素子。
【請求項２１】
凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨDとしたとき、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．５
を満足する請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．７
を満足する請求項２１に記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨD、凸部上層の幅をＷUとしたとき、
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．４
を満足する請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２４】
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．９
を満足する請求項２３に記載の半導体発光素子。
【請求項２５】
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えており、第２化合物半導体層に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部が設けられた半導体発光素子であって、
凸部は、凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する半導体発光素子。
【請求項２６】
第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えており、第２化合物半導体層に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部が設けられた半導体発光素子であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する半導体発光素子。
【請求項２７】
凸部から、第２化合物半導体層の残部、活性層、及び、第１化合物半導体層に亙り、電流を流すことで、活性層において発光を生じさせる請求項２５又は請求項２６に記載の半導体発光素子。
【請求項２８】
凸部は電流を狭窄する領域に相当し、
凸部と凸部の間に形成された第３化合物半導体層から、第２化合物半導体層の残部、活性層、及び、第１化合物半導体層に亙り、電流を流すことで、活性層において発光を生じさせる請求項２５又は請求項２６に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法、並びに、下地に設けられた凸部、下地における凸部形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低閾値電流Ｉthを有する半導体レーザとして、１回のエピタキシャル成長工程によって形成し得るＳＤＨ（Separated Double Hetero Junction）構造を有する半導体レーザ（以下、ＳＤＨ型半導体レーザと呼ぶ）が、例えば、特許第２９９０８３７号から周知である。
【０００３】
このＳＤＨ型半導体レーザにおいては、先ず、主面として｛１００｝面を有する素子製造用基板に、｛１１０｝Ａ面方向に延びる凸部を形成する。そして、この素子製造用基板の主面上において結晶成長を行うと、凸部の頂面である｛１００｝面（便宜上、『凸部頂面』と呼ぶ）の上に化合物半導体層が積層されて成る発光部が形成される。発光部は、例えば、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層された構造を有する。凸部の延びる方向に対して垂直方向の仮想平面（｛１１０｝面に相当する）でこの発光部を切断したときの断面形状は例えば二等辺三角形であり、発光部の側面（斜面）は｛１１１｝Ｂ面から構成されている。一般に、ＭＯＣＶＤ法（ＭＯＶＰＥ法とも呼ばれる）においては、特殊な結晶成長条件を除けば、｛１１１｝Ｂ面は非成長面として知られている。従って、ＳＤＨ型半導体レーザの場合、側面が｛１１１｝Ｂ面である発光部が形成されると、その後、ＭＯＣＶＤを継続しても、発光部の結晶成長は「自己成長停止」が保持される。ここで、｛１１１｝Ｂ面の傾斜角（θ111B）は、５４．７度である。
【０００４】
尚、結晶面の表記、
2010050255.tif 000003
を、便宜上、本明細書においては、（ｈｋｌ）面、（ｈｋ−ｌ）面と表記し、以下に例示する方向の表記、
2010050255.tif 000004
を、便宜上、本明細書においては、［ｈｋｌ］方向、［ｈｋ−ｌ］方向と表記する。
【０００５】
一方、凸部を除く素子製造用基板の主面である｛１００｝面の部分（便宜上、凹部面と呼ぶ）においては、非成長面が存在しないので、ＭＯＣＶＤを継続すると、やがて凹部面から結晶成長する化合物半導体層が、自己成長停止している発光部を完全に埋め尽くすようになる。凹部面から結晶成長した化合物半導体層は、第２化合物半導体層上に、電流ブロック層位置調整層、電流ブロック層、及び、埋込層が順次形成された構造を有する。ここで、通常、電流ブロック層位置調整層の厚さを制御することによって、凹部面から結晶成長する化合物半導体層が発光部を埋め尽くす前の途中段階で（特に、発光部に形成された活性層の両側面近傍に差掛かったときに）、電流ブロック層を形成することにより、発光部の活性層のみに電流注入が可能な構造を形成することができる。
【０００６】
このように、ＳＤＨ型半導体レーザにおいては、１回の結晶成長工程に基づき各化合物半導体層を形成することができ、しかも、発光部内で活性層を上下で挟む化合物半導体層（第１化合物半導体層及び第２化合物半導体層）に用いる材料や、発光部の外側に位置する電流ブロック層や埋込層、電流ブロック層位置調整層に用いる材料として、エネルギーバンドギャップが活性層よりも十分に高い材料、即ち、低屈折率の材料を選択することにより、光閉込めに好都合な化合物半導体層によって活性層を完全に囲むことが可能となる。そして、これによって、凸部の端面を光出射面として有する半導体レーザから出射されたビーム形状を、真円に近づけることができる。即ち、ファー・フィールド・パターン（Far Field Pattern，ＦＦＰ）において、θ//≒θ⊥を達成することができる。
【０００７】
あるいは又、例えば、レンズとのカップリング効率等に依っては、半導体レーザから出射されたビーム形状を楕円とすることが求められる場合がある。このような場合には、例えば、凸部の端面付近の幅を拡げた、所謂フレア・ストライプ構造を採用することにより（例えば、特許第３３９９０１８号参照）、ＦＦＰのθ//を小さく制御することができる。しかも、フレア・ストライプ構造を採用することにより、高光出力を達成することができる。
【０００８】
【特許文献１】特許第２９９０８３７号
【特許文献２】特許第３３９９０１８号
【特許文献３】特開２００１−３３２５３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上述したとおり、ＳＤＨ型半導体レーザにおいては、先ず、主面として｛１００｝面を有する素子製造用基板に、｛１１０｝Ａ面方向に延びる凸部を形成する（図１７の（Ａ）参照）。従って、発光部の大きさは、凸部の幅（ＷP）によって規定される。一方、活性層の幅（ＷA）は、ＳＤＨ型半導体レーザの仕様に基づき決定される。それ故、凸部の幅（ＷP）が狭い場合、所望の幅（ＷA）の活性層を形成したとき、活性層から凸部までの距離（Ｈ1）が自ずと短くなる（図１７の（Ｂ）参照）。ここで、Ｈ1，ＷP，ＷAには、以下の関係がある。
Ｈ1＝｛（ＷP−ＷA）／２｝×ｔａｎ（θ111B）
そして、活性層から凸部までの距離（Ｈ1）が短い場合、活性層で発生した光が凸部を構成する素子製造用基板に吸収され、光閉込め効果が不完全となり、発光効率（光出力／注入電流にて表されるスロープ効率）が低下してしまうといった問題がある。従って、現状では、例えば、活性層ＷAの幅を１．２μｍとした場合、距離（Ｈ1）の最低値は約１．４μｍである。
【００１０】
また、発光部の高さ（Ｈ2）も、凸部の幅（ＷP）によって規定される。ここで、Ｈ2，ＷPには、以下の関係がある。
Ｈ2＝（ＷP／２）×ｔａｎ（θ111B）
そこで、図１８の（Ａ）に図示するように、凸部の高さ（Ｈ0）が低く、凸部の幅（ＷP）が広い、所謂低アスペクト比の凸部に基づきＳＤＨ型半導体レーザを製造した場合、図１８の（Ｂ）に図示するように、活性層の側面に電流ブロック層を形成する余地が無くなってしまう場合がある。
【００１１】
更には、ＳＤＨ型半導体レーザの高集積化を試みた場合、即ち、単位面積当たりのＳＤＨ型半導体レーザの個数を増加させる場合、即ち、図１９の（Ａ）に示すようなＳＤＨ型半導体レーザの形成ピッチＰＴ1を形成ピッチＰＴ2に縮小しようとした場合、発光部の大きさ（例えば、ＷAの値）を小さくする必要があるが、このような場合、活性層の幅を一定に保つには、図１９の（Ｂ）に示すように、活性層から凸部までの距離をＨ1からＨ1’へと短くしなければならないので、やはり、上述した問題が生じてしまう。あるいは又、光が凸部を構成する素子製造用基板に吸収されないように、活性層から凸部までの距離を充分に確保するには、図１９の（Ｃ）に示すように、凸部の高さをＨ0からＨ0’へと低くしなければならないので、やはり、上述した問題が生じてしまう。
【００１２】
これらの問題は、凸部の高さ（Ｈ0）を任意に設定できれば、解決が可能である。然るに、凸部の側面を｛１１１｝Ｂ面に保持しつつ、高さの高い凸部を形成することは、即ち、凸部の側面を｛１１１｝Ｂ面に保持しつつ、素子製造用基板を深くエッチングすることは極めて困難である。そして、このような困難さを解消するために、例えば、特開２００１−３３２５３０には、２種類のウェットエッチング法にて凸部を形成する技術が開示されている。係る技術は極めて有効な技術であるが、２種類のウェットエッチング法にて凸部を形成するのでエッチング工程が煩雑になる。それ故、より一層、簡素な工程で高さの高い凸部を形成する技術が求められている。また、１枚の素子製造用基板内において、｛１１０｝Ａ面方向に延びる凸部の各部の寸法のバラツキ（上述した、凸部の幅（ＷP）や凸部の高さ（Ｈ0）、更には、凸部の幅（ＷP）と凸部の高さ（Ｈ0）との比率等の面内バラツキ）を出来る限り小さくすることに対する強い要望もある。特に、凸部の幅（ＷP）と凸部の高さ（Ｈ0）との比率を素子製造用基板内において一定に保つためのエッチング技術は、各凸部の幅（ＷP）の設計仕様が広くなるほど、あるいは又、凸部の高さ（Ｈ0）の設計仕様が高くなるほど、難易度を増す傾向がある。ここで、このような凸部の各部の寸法のバラツキが発生すると、発光部の大きさにバラツキが生じ、その結果、ＳＤＨ型半導体レーザから出射されるレーザビームの形状やＦＦＰのθ//のバラツキ、ＳＤＨ型半導体レーザの閾値電流のバラツキ等が生じる。
【００１３】
また、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えた半導体発光素子において、第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する必要がある半導体発光素子がある。埋め込みヘテロ型（Burried Hetero型）レーザ、面発光レーザ素子（垂直共振器レーザ、ＶＣＳＥＬ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、フォトダイオード（ＰＤ）、太陽電池の製造においても、素子製造用基板の主面に高い凸部（あるいは深い凹部や素子分離領域）を形成しなければならない場合がある。そして、これらの半導体発光素子や各種の素子にあっても、上述したと同様に、より一層、簡素な工程で高さの高い凸部（あるいは深い凹部や素子分離領域）を形成する技術が求められているし、１枚の素子製造用基板内における凸部の各部の寸法のバラツキ（面内バラツキ）を出来る限り小さくすることに対する強い要望がある。
【００１４】
従って、本発明の目的は、設計自由度が高く、しかも、簡素な工程で、面内バラツキの少ない、高さの高い凸部を下地に設ける方法、係る方法にて得られた下地に設けられた凸部、係る方法を適用した半導体発光素子の製造方法、係る半導体発光素子の製造方法によって得られる半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の下地における凸部形成方法（以下、『本発明の凸部形成方法』と呼ぶ）は、｛１００｝面を頂面とする下地に、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する方法であって、
（ａ）下地に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて下地をエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、下地をウェットエッチング法にて更にエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る。
【００１６】
本発明の凸部形成方法においては、凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり；凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する形態とすることができ、この場合、前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度を、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも高くすることが好ましい。尚、どの程度、エッチング温度を高くすべきかは、使用するエッチング液、エッチングすべき被エッチング材料に依存するので、各種の試験を行い、適宜、決定すればよい。以下においても同様である。
【００１７】
あるいは又、本発明の凸部形成方法においては、凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり；凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する形態とすることができ、この場合、前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度を、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも低くすることが好ましい。尚、どの程度、エッチング温度を低くすべきかは、使用するエッチング液、エッチングすべき被エッチング材料に依存するので、各種の試験を行い、適宜、決定すればよい。以下においても同様である。
【００１８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、
（Ａ）｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板の該主面に、素子製造用基板の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成し、次いで、
（Ｂ）凸部の頂面上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る発光部を形成し、併せて、凸部が形成されていない素子製造用基板の主面の部分に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る積層構造体を形成し、その後、
（Ｃ）該積層構造体上に、発光部を構成する活性層の側面を少なくとも覆う電流ブロック層を形成する、
工程を具備し、
前記工程（Ａ）は、
（ａ）素子製造用基板の主面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて素子製造用基板の主面をエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、素子製造用基板の主面をウェットエッチング法にて更にエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る。
【００１９】
本発明の第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり；凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する形態とすることができ、この場合、前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度を、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも低くすることが好ましい。
【００２０】
上記の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、あるいは又、後述する本発明の第１の態様に係る半導体発光素子においては、凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨDとしたとき、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．５
好ましくは、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．７
を満足することが望ましい。
【００２１】
更には、以上に説明した各種の好ましい形態、構成を含む本発明の第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、あるいは又、後述する本発明の第１の態様に係る半導体発光素子においては、凸部上層の厚さをＨU、凸部下層の厚さをＨD、凸部上層の幅をＷUとしたとき、
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．４
好ましくは、
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．９
を満足することが望ましい。
【００２２】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法は、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えた半導体発光素子において、第２化合物半導体層の厚さ方向の一部分に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する工程を含む、半導体発光素子の製造方法であって、
凸部の形成工程は、
（ａ）第２化合物半導体層の頂面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層を形成した後、
（ｂ）マスク層をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて第２化合物半導体層を厚さ方向に一部分エッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面の傾斜角がθUである凸部上層を形成し、次いで、
（ｃ）エッチング液の温度を変えて、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いて、第２化合物半導体層を、厚さ方向に一部分、更にウェットエッチング法にてエッチングし、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面の傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層を形成する、
各工程から成る。
【００２３】
本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり；凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する形態とすることができ、この場合、前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度を、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも高くすることが好ましい。
【００２４】
あるいは又、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり；凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する形態とすることができ、この場合、前記工程（ｂ）におけるエッチング液の温度を、前記工程（ｃ）におけるエッチング液の温度よりも低くすることが好ましい。
【００２５】
本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法においては、第２化合物半導体層を３層以上の多層構成とし、上層に凸部を形成し、中層を、凸部をウェットエッチング法にて形成するときのエッチングストップ層として機能させてもよい。
【００２６】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る下地に設けられた凸部は、｛１００｝面を頂面とする下地に設けられ、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する。
【００２７】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る下地に設けられた凸部は、｛１００｝面を頂面とする下地に設けられ、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する。
【００２８】
上記の目的を達成するための本発明の第１の態様に係る半導体発光素子は、
（イ）｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板の該主面に設けられ、素子製造用基板の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部、
（ロ）凸部の頂面上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る発光部、並びに、
（ハ）凸部が形成されていない素子製造用基板の主面の部分に形成され、第１導電型を有する第１化合物半導体層、活性層、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層が順次積層されて成る積層構造体、並びに、該積層構造体上に形成され、発光部を構成する活性層の側面を少なくとも覆う電流ブロック層、
を具備しており、
凸部は、凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する。
【００２９】
上記の目的を達成するための本発明の第２の態様に係る半導体発光素子は、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えており、第２化合物半導体層に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部が設けられた半導体発光素子であって、
凸部は、凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する。
【００３０】
上記の目的を達成するための本発明の第３の態様に係る半導体発光素子は、第１化合物半導体層、活性層及び第２化合物半導体層から成り、第２化合物半導体層の頂面が｛１００｝面である発光部を備えており、第２化合物半導体層に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部が設けられた半導体発光素子であって、
凸部下層及び凸部上層の２層構造を有し、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、
凸部上層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層を｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺であり、
凸部上層の側面の傾斜角をθU、凸部下層の側面の傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する。
【００３１】
本発明の第２の態様あるいは第３の態様に係る半導体発光素子にあっては、凸部から、第２化合物半導体層の残部、活性層、及び、第１化合物半導体層に亙り、電流を流すことで、活性層において発光を生じさせる形態とすることができ、あるいは又、凸部は電流を狭窄する領域に相当し、即ち、凸部は電流を流さない領域であり、凸部と凸部の間に形成された第３化合物半導体層から、第２化合物半導体層の残部、活性層、及び、第１化合物半導体層に亙り、電流を流すことで、活性層において発光を生じさせる形態とすることができる。尚、前者の形態を有する半導体発光素子として、ＩＳＡＮ（Inverted-Self-Aligned-Narrow stripe）型半導体レーザを挙げることができるし、後者の形態を有する半導体発光素子として、ＳＡＮ（Self-Aligned-Narrow stripe）型半導体レーザを挙げることができる。
【００３２】
本発明の凸部形成方法、本発明の第１の態様に係る半導体発光素子の製造方法、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法、本発明の第１の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の第２の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の第１の態様に係る半導体発光素子、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子、あるいは、本発明の第３の態様に係る半導体発光素子（以下、これらを総称して、単に、『本発明』と呼ぶ場合がある）において、θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）である場合、具体的には、
θD＜θ111B＜θU
θD＝θ111B＜θU
θD＜θ111B＝θU
の３態様を含む。ここで、θ111Bの値は、具体的には、５４．７度である。θ111B＜θUの場合のθUの値として、５６度乃至６４度を挙げることができるし、θD＜θ111Bの場合のθDの値として、４６度乃至５４度を挙げることができる。
【００３３】
一方、θU≦θ111B≦θD（但し、θU≠θD）である場合、具体的には、
θU＜θ111B＜θD
θU＝θ111B＜θD
θU＜θ111B＝θD
の３態様を含む。θ111B＜θDの場合のθDの値として、５６度乃至６４度を挙げることができるし、θU＜θ111Bの場合のθUの値として、４６度乃至５４度を挙げることができる。
【００３４】
凸部上層の厚さＨU、凸部下層の厚さＨDの値として、具体的には、上述したとおり、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．５
を満足することに加えて、
０．１μｍ≦ＨU≦６μｍ
０．１μｍ≦ＨD≦３μｍ
より好ましくは、
０．１μｍ≦ＨD≦６μｍ
０．１μｍ≦ＷU≦２．５μｍ
一層好ましくは、
０．１μｍ≦ＨD≦３μｍ
０．１μｍ≦ＷU≦２．５μｍ
を満足することが望ましい。更には、上述したとおり、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．７
を満足することに加えて、
０．１μｍ≦ＨU≦６μｍ
０．１μｍ≦ＨD≦３μｍ
より好ましくは、
０．１μｍ≦ＨD≦６μｍ
０．１μｍ≦ＷU≦２．５μｍ
一層好ましくは、
０．１μｍ≦ＨD≦３μｍ
０．１μｍ≦ＷU≦２．５μｍ
を満足することが望ましい。
【００３５】
凸部は、全体として、下地あるいは素子製造用基板の＜１１０＞方向と平行に延びるが、凸部の厚さ方向は、下地あるいは素子製造用基板の＜１００＞方向と平行であり、凸部の頂面は、下地あるいは素子製造用基板の主面である｛１００｝面である。尚、凸部の延びる方向をＸ方向、凸部の厚さ方向をＺ方向とした場合、凸部の幅方向はＹ方向に相当する。凸部は、上層及び下層の２層構成に限定されず、３層以上の構成することもでき、この場合には、凸部を構成する或る層（便宜上、第Ｍ番目の層と呼ぶ）の側面の傾斜角θMは、第（Ｍ−１）番目の層の側面の傾斜角θ(M-1)、及び、第（Ｍ＋１）番目の層の側面の傾斜角θ(M+1)と異なっている。そして、第Ｍ番目の層の側面（傾斜面）、第（Ｍ−１）番目の層の側面（傾斜面）、第（Ｍ−２）番目の層の側面（傾斜面）、・・・、第（Ｍ−ｎ）番目の層の側面（傾斜面）（但し、Ｍ＞ｎであり、Ｍとｎは１以上の整数）、及び、マスク層（最初のエッチング用マスク）等の全てが、エッチング用マスクとして機能し、第Ｍ番目の層の傾斜角θMを有する側面が形成される。以下の説明において、凸部が形成されていない素子製造用基板の主面の部分を、『凹部面』と呼ぶ場合がある。
【００３６】
台形にあっては、一般に、上辺と底辺（下辺）が平行であるが、本発明にあっては、凸部の形成条件等に起因して上辺と底辺（下辺）が完全に平行ではない場合が生じ得るが、係る形状も『台形』に包含する。また、凸部の形成条件等に起因して２つの側面の斜面に沿った長さが完全に同じではない場合が生じ得るが、係る形状も『等脚台形』に包含する。本発明の第１の態様に係る半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、得られた発光部を｛１１０｝面で切断したときの発光部の断面形状は、二等辺三角形であるが、発光部の形成条件等に起因して、正確な二等辺三角形ではない場合が生じ得る。
【００３７】
本発明において、素子製造用基板として、ＧａＮ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＰ基板、ＩｎＮ基板、ＩｎＰ基板、ＡｌＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＮ基板、ＡｌＩｎＮ基板、ＧａＩｎＮ基板、ＡｌＧａＩｎＰ基板、ＡｌＧａＰ基板、ＡｌＩｎＰ基板、ＧａＩｎＰ基板、ＺｎＳ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、アルミナ基板、ＺｎＯ基板、ＬｉＭｇＯ基板、ＬｉＧａＯ2基板、ＭｇＡｌ2Ｏ4基板、Ｓｉ基板、Ｇｅ基板を挙げることができる。更には、これらの基板の表面（主面）に、バッファ層や中間層が形成されたものを素子製造用基板として用いることもできる。また、これらの基板の主面に関しては、結晶構造（例えば、立方晶型や六方晶型等）によっては、所謂Ａ面、Ｂ面、Ｃ面、Ｒ面、Ｍ面、Ｎ面、Ｓ面等の名称で呼ばれる結晶方位面、あるいは、これらを特定方向にオフさせた面等を用いることもできる。本発明の第１の態様に係る半導体発光素子あるいはその製造方法にあっては、特に、閃亜鉛鉱（ジンク・ブレンド）型の結晶構造を有する基板あるいは結晶膜が形成された基板を用いることが好ましく、ここで、ジンク・ブレンド型の結晶構造を有する基板を構成する原子として、少なくとも、Ａｓ、ＳｂあるいはＢｉ等を挙げることができる。このようなＡｓ、ＳｂあるいはＢｉ等の原子が添加ひいては混晶として含まれている基板においては、エッチングによって特定の斜面を側面として有する凸部を形成し易い。また、エッチングによって形成した凸部上に、Ａｓ、ＳｂあるいはＢｉ等の原子が添加ひいては混晶として含まれている結晶を再成長させる場合にも、例えば、最表面にＶ族トリマーを形成した｛１１１｝Ｂ面等の非成長面が現れ易い性質があるので、本発明においても、この性質を積極的に利用するＳＤＨ型半導体レーザの製造が可能になる。以上のように、Ａｓ、ＳｂあるいはＢｉ等の材料は、凸部を有する基板の構成元素とする場合においても、また、その凸部上にＡｓ、ＳｂあるいはＢｉ等の材料を構成元素とする、結晶の再成長を行う場合においても、発光波長に応じて光吸収性の高い基板における光吸収を抑制する設計（加工）を行えば、半導体発光素子の特性の高性能化、均一化を達成することができる。尚、本発明においては、素子製造用基板の｛１００｝面を主面としているが、係る主面には、０度を含むオフ角を付けた面、更には、オフ角±５（度）以内の面が含まれる。また、下地として、素子製造用基板の主面あるいは第２化合物半導体層を挙げることができる。
【００３８】
活性層を含む各種化合物半導体層として、例えば、ＧａＮ系化合物半導体（ＡｌＧａＮ混晶あるいはＡｌＧａＩｎＮ混晶、ＧａＩｎＮ混晶を含む）、ＧａＩｎＮＡｓ系化合物半導体（ＧａＩｎＡｓ混晶あるいはＧａＮＡｓ混晶を含む）、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体、ＡｌＡｓ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓ系化合物半導体、ＧａＩｎＡｓＰ系化合物半導体、ＧａＩｎＰ系化合物半導体、ＧａＰ系化合物半導体、ＩｎＰ系化合物半導体、ＩｎＮ系化合物半導体、ＡｌＮ系化合物半導体を例示することができる。化合物半導体層に添加されるｎ型不純物として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、錫（Ｓｎ）を挙げることができるし、ｐ型不純物として、炭素（Ｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カドミウム（Ｃｄ）、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）を挙ることができる。活性層は、単一の化合物半導体層から構成されていてもよいし、単一量子井戸構造［ＱＷ構造］あるいは多重量子井戸構造［ＭＱＷ構造］を有していてもよい。活性層を含む各種化合物半導体層の形成方法（成膜方法）として、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＶＰＥ法）や有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ法）、ハロゲンが輸送あるいは反応に寄与するハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、プラズマアシステッド物理的気相成長法（ＰＰＤ法）を挙げることができる。第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよいし、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。
【００３９】
マスク層を構成する材料として、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＳｉＯＮといった半導体酸化物あるいは半導体窒化物；Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔといった金属や高融点金属、あるいは、これらの金属を適切な組成で調整した合金（例えば、ＴｉＷ、ＴｉＷＣｒ、ＴｉＷＮｉ、ＮｉＣｒ、ＴｉＮｉＣｒ、又は、これら合金とＡｕ、あるいは、これら合金とＰｔとの合金等）；高融点金属（合金）酸化物；高融点金属（合金）窒化物；これらの異なる金属や合金、合金酸化物、合金窒化物を組み合わせた多層膜；レジスト材料を例示することができる。マスク層の形成方法として、スパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）や化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、塗布法と、リソグラフィ技術やエッチング技術との組合せを挙げることができる。また、マスク層の除去は、マスク層を構成する材料に依存して、ウェットエッチング法を採用してもよいし、ドライエッチング法を採用してもよいし、アッシング技術を用いてもよい。マスク層は、帯状等の１次元的配置であってよいし、点在し、あるいは、散在する曲線形状（円形、楕円形等）や多角形形状（三角形、四角形、六角形等の）を有する２次元的配置であってもよい。尚、マスク層に関しては、最終的に除去をしても、除去をしなくともよい。後者の場合、マスク層をそのまま残した状態とすることで、係るマスク層を、選択成長用のマスク層、あるいは、金属電極層として、半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）等に代表される発光素子の製造に用いることができるし、あるいは又、そのまま発光素子の構成部品の一部として用いることもできる。
【００４０】
エッチング液として、クエン酸と過酸化水素水と水とを混合した、所謂クエン酸過水を挙げることができるし、クエン酸の代わりに、酒石酸、酢酸、シュウ酸、ギ酸、コハク酸、リンゴ酸、アジピン酸等のカルボン酸を挙げることができる。凸部上層の形成と凸部下層の形成との間で、エッチング液の交換を行ってもよいし、被エッチング物の水洗等を行ってもよい。あるいは又、凸部上層の形成と凸部下層の形成とを、異なるエッチング装置で行ってもよい。
【００４１】
本発明の半導体発光素子において、第１化合物半導体層は第１電極に電気的に接続されており、第２化合物半導体層は第２電極に電気的に接続されている。尚、第１電極は、第１化合物半導体層上に形成されている場合もあるし、導電性の素子製造用基板を介して第１化合物半導体層と接続されている場合もある。また、第２化合物半導体層は、第２化合物半導体層の頂面上に形成されている場合もあるし、導電材料層を介して第２化合物半導体層と接続されている場合もある。
【００４２】
第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型とする場合、第１電極はｎ側電極であり、第２電極はｐ側電極となる。一方、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型とする場合、第１電極はｐ側電極であり、第２電極はｎ側電極となる。ここで、ｐ側電極として、Ａｕ／ＡｕＺｎ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／ＡｕＺｎ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）（／Ａｕ）／ＡｕＺｎ、Ａｕ／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）（／Ａｕ）／ＡｕＰｄ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ／Ｐｄ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）を挙げることができる。また、ｎ側電極として、Ａｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（／Ａｕ）／Ｎｉ／ＡｕＧｅ、Ａｕ／Ｐｔ／ＴｉＷ（／Ｔｉ）／Ｎｉ／ＡｕＧｅ、あるいは、これらの金属層の界面、特に最下層に、Ａｌ層、Ｐｄ層あるいはＡｇ層を挿入した電極構造を挙げることができる。そして、ｎ側電極、ｐ側電極を問わず、電極に用いる各合金の組成は、電極の下地の材質に合わせ、下地にダメージを与えないように適切に選べばよい。尚、「／」の前の層ほど、活性層から電気的に離れたところに位置する。あるいは又、第１電極を、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＯ：Ｂといった透明導電材料から構成することもできる。透明導電材料から成る層を電流拡散層として用いて、第１電極をｎ側電極とする場合、第１電極をｐ側電極とする場合に挙げた金属積層構造とを組み合わせてもよい。
【００４３】
また、第１電極や第２電極、あるいは、第２電極延在部に対して、必要に応じて、例えば、Ｔｉ層／Ｐｔ層／Ａｕ層等といった［接着層（Ｔｉ層やＣｒ層等）］／［バリアメタル層（Ｐｔ層、Ｎｉ層、ＴｉＷ層やＭｏ層等）］／［実装に対して融和性の良い金属層（例えばＡｕ層）］のような積層構成とした多層メタル層から成るコンタクト部（パッド部）を設けてもよい。第１電極や、第２電極延在部を含む第２電極、コンタクト部（パッド部）は、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法といった各種のＰＶＤ法、各種の化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、メッキ法によって形成することができる。
【００４４】
本発明の半導体発光素子として、端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を挙げることができる。より具体的には、限定するものではないが、本発明の第１の態様に係る半導体発光素子あるいはその製造方法における半導体発光素子として、ＳＤＨ型半導体レーザを挙げることができるし、本発明の第２の態様あるいは第３の態様に係る半導体発光素子あるいは本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法における半導体発光素子として、上述したＳＡＮ型半導体レーザあるいはＩＳＡＮ型半導体レーザを挙げることができる。また、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の凸部形成方法は、例えば、埋め込みヘテロ型レーザ及びその製造方法、面発光レーザ素子及びその製造方法、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法、フォトダイオード及びその製造方法、太陽電池及びその製造方法等、半導体材料の凸部の幅及び高さの制御等において、高いエッチング制御技術が必要とされる製造方法、製造技術の全てに適用することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明にあっては、凸部上層と凸部下層の、少なくとも２層構造から成る凸部を設けるので、凸部の高さ（下地あるいは素子製造用基板のエッチング深さ）、凸部頂面の幅等の設計自由度を高くすることができるので、半導体発光素子の設計自由度を高めることができ、種々の仕様や要求に応じた半導体発光素子を提供することができる。また、同じエッチング液を使用し、エッチング温度を変えるだけで、凸部上層と凸部下層の、少なくとも２層構造から成る凸部を設けることができるので、簡素な工程で高さの高い凸部を形成することができる。しかも、凸部上層の側面はウェットエッチングにおけるエッチング安定結晶面であり、マスク層及び凸部上層の側面をエッチング用マスクとして用いることができるので、１枚の素子製造用基板内における凸部の各部の寸法のバラツキ（面内バラツキ）を極めて小さくすることができる。そして、その結果、均一な特性を有する半導体発光素子や各種の素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。
【実施例１】
【００４７】
実施例１は、本発明の凸部形成方法、本発明の第１の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の第１の態様に係る半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【００４８】
図１に模式的な一部断面図を示すように、凸部１１１は、｛１００｝面（具体的には、（１００）面であり、以下においても同様である）を頂面とする下地に設けられ、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる。ここで、実施例１にあっては、具体的には、下地は素子製造用基板１１０であり、素子製造用基板１１０に設けられた実施例１の凸部１１１は、｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板１１０のこの主面に設けられ、素子製造用基板１１０の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部である。そして、凸部下層１１１Ａ及び凸部上層１１１Ｂの２層構造を有している。
【００４９】
また、実施例１の半導体発光素子は、半導体レーザ、より具体的には、ＳＤＨ型半導体レーザから構成されており、図２の（Ａ）に模式的な一部断面図を示すように、
（イ）｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板１１０のこの主面に設けられ、素子製造用基板１１０の＜１１０＞方向（具体的には、例えば［０１１］方向であり、以下においても同様である）と平行に延びる凸部（突起部）１１１、
（ロ）凸部１１１の頂面上に、第１導電型（実施例１にあっては、具体的には、ｎ型）を有する第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、及び、第２導電型（実施例１にあっては、具体的には、ｐ型）を有する第２化合物半導体層１２２が順次積層されて成る発光部１２０、並びに、
（ハ）凸部が形成されていない素子製造用基板１１０の主面の部分（素子製造用基板１１０の凹部面あるいは露出面と呼ぶ場合がある）に形成され、第１導電型（ｎ型）を有する第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、及び、第２導電型（ｐ型）を有する第２化合物半導体層１２２が順次積層されて成る積層構造体１２０’、並びに、この積層構造体１２０’上に形成され、発光部１２０を構成する活性層１２３の側面を少なくとも覆う電流ブロック層１４０、
を具備している。そして、凸部１１１は、凸部下層１１１Ａ及び凸部上層１１１Ｂの２層構造を有している。
【００５０】
ここで、実施例１において、凸部上層１１１Ｂを｛１１０｝面（具体的には、（０１１）面であり、以下においても同様である）で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部下層１１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部上層１１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層１１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺である。
【００５１】
そして、実施例１にあっては、凸部上層１１１Ｂの側面１１１ｂの傾斜角をθU、凸部下層１１１Ａの側面１１１ａの傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≠θU
具体的には、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する。より具体的には、
θD＜θ111B＜θU
を満足する。より一層具体的には、実施例１にあっては、θ111B＝５４．７度であり、θD＝５０度、θU＝６０度である。
【００５２】
実施例１にあっては、凸部上層１１１Ｂの厚さをＨU、凸部下層１１１Ａの厚さをＨD、凸部上層１１１Ｂの幅をＷUとしたとき、
ＨU／（ＨU＋ＨD）≧０．５
（ＨU＋ＨD）／ＷU≧０．４
を満足している。より具体的には、ＨU＝２μｍ、ＨD＝２μｍ、ＷU＝４μｍである。
【００５３】
実施例１の半導体発光素子にあっては、凸部上層１１１Ｂの頂面には、順次、第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、第２化合物半導体層１２２Ａが形成され、第２化合物半導体層１２２Ａ上には、更に、第２化合物半導体層１２２Ｂが形成され、頂点を形成している。ここで、｛１１０｝面で発光部１２０を切断したときの第２化合物半導体層１２２Ｂを含む発光部１２０の断面形状は二等辺三角形であり、発光部１２０の側面は、｛１１１｝Ｂ面（より具体的には、（１１−１）Ｂ面及び（１−１１）Ｂ面）から構成されている。第２化合物半導体層１２２Ａと第２化合物半導体層１２２Ｂの組成を変えることで、断面形状が二等辺三角形の発光部１２０を正確に形成することができる。一般に、ＭＯＣＶＤ法（ＭＯＶＰＥ法とも呼ばれる）においては、特殊な結晶成長条件を除けば、｛１１１｝Ｂ面は、Ａｓトリマーで覆われた非成長面として知られている。従って、ＳＤＨ型半導体レーザの場合、斜面（側面）が｛１１１｝Ｂ面である発光部１２０が形成されると、その後、ＭＯＣＶＤを継続しても、発光部１２０の結晶成長は「自己成長停止」が保持される。｛１１１｝Ｂ面の角度θ111Bは５４．７度である。
【００５４】
一方、素子製造用基板１１０の凹部面である｛１００｝面（図示した例では、（１００）面）の部分）にあっては、発光部１２０と同じ構造を有する積層構造体１２０’、電流ブロック層位置調整層１３０（実質的に第２化合物半導体層１２２の続きである）、電流ブロック層１４０、及び、埋込層（埋込み用クラッド層）１３１が順次形成されている。また、全体は、第２導電型を有するＧａＡｓから成るコンタクト層（キャップ層）１３２によって覆われている。そして、実施例１にあっては、凸部１１１を含む素子製造用基板１１０は、ｎ−ＧａＡｓから成る。更には、第１化合物半導体層１２１に電気的に接続された第１電極１５１（具体的には、導電性を有する素子製造用基板１１０の裏面上に形成された第１電極１５１）は、Ｔｉ／ＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕから構成されており、第２化合物半導体層１２２に電気的に接続された第２電極１５２（具体的には、第２化合物半導体層１２２の上方、より具体的には、コンタクト層（キャップ層）１３２の上に形成された第２電極１５２）は、Ａｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ又はＡｕ／ＡｕＺｎから構成されている。
【００５５】
発光部１２０及び積層構造体１２０’を構成する化合物半導体層の組成を、以下の表１に例示する。尚、「Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ」は、不純物として、亜鉛（Ｚｎ）を添加してもよいし、マグネシウム（Ｍｇ）を添加してもよいし、炭素（Ｃ）を添加してもよいことを意味する。
【００５６】
［表１］
（発光部の構成）
第２化合物半導体層１２２Ｂ・・・ｐ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
第２化合物半導体層１２２Ａ・・・ｐ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
活性層１２３              ・・・［活性層−Ａ］
第１化合物半導体層１２１  ・・・ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｓｉ
（電流ブロック部の構成）
埋込層１３１                  ・・・ｐ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
電流ブロック層１４０          ・・・ｎ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｓｉ
電流ブロック層位置調整層１３０・・・ｐ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
［活性層−Ａ］
閉じ込め層      ・・・ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
閉じ込め層      ・・・ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
多重量子井戸構造・・・ｉ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ（井戸層）
ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ（障壁層）及び
ｉ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ（井戸層）
閉じ込め層      ・・・ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ
閉じ込め層      ・・・ｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ：Ｓｉ
【００５７】
尚、電流ブロック層１４０の一部を構成する化合物半導体層は、図２の（Ｂ）に示すように、
発光部１２０の側面から延びる｛３１１｝Ｂ結晶面領域（より具体的には、（３１−１）Ｂ面及び（３−１１）Ｂ面）、
素子製造用基板１１０の主面に沿って延びる｛１００｝結晶面領域、及び、
｛３１１｝Ｂ結晶面領域と｛１００｝結晶面領域との間に位置する｛ｈ１１｝Ｂ結晶面領域（より具体的には、（ｈ１−１）Ｂ面及び（ｈ−１１）Ｂ面であり、ここで、ｈは４以上の整数である）、
から構成されている。尚、｛ｈ１１｝Ｂ結晶面領域（但し、ｈは４以上の整数）を、便宜上、高次の結晶面領域と呼ぶ場合がある。
【００５８】
ここで、実施例１の半導体発光素子にあっては、凸部１１１の上に形成された活性層１２３は、活性層１２３よりも屈折率が低い電流ブロック層１４０によって横方向（側面）が囲まれ、活性層１２３よりも屈折率が低い第１化合物半導体層１２１及び第２化合物半導体層１２２Ａ，１２２Ｂによって上下方向が囲まれている。従って、活性層１２３の上下方向及び横方向は完全なる光閉込め構造となっている。しかも、素子製造用基板１１０の凹部面の上方にあっては、活性層１２３の側面近傍は、ｐ−ｎ−ｐ−ｎ構造（ｐ型埋込層１３１−ｎ型電流ブロック層１４０−ｐ型電流ブロック層位置調整層１３０−ｎ型第１化合物半導体層１２１）の、いわばサイリスタ構造が形成される。従って、素子製造用基板１１０の凹部面において電流が流れることが阻止され、これによって活性層１２３に電流が集中し、低閾値電流化を図ることができる。
【００５９】
以下、｛１００｝面を頂面とする下地に、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する実施例１の凸部形成方法、並びに、実施例１の半導体発光素子及びその製造方法を説明する。
【００６０】
［工程−１００］
先ず、｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板１１０のこの主面に、素子製造用基板１１０の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部１１１を形成する。以下、この［工程−１００］を、［工程−１００Ａ］〜［工程−１００Ｃ］に分けて、説明する。
【００６１】
［工程−１００Ａ］
そのために、先ず、素子製造用基板１１０の主面に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層１６１を形成する。あるいは又、下地に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層１６１を形成する。具体的には、実施例１にあっては、ＣＶＤ法にて素子製造用基板１１０の主面（下地）にＳｉＯ2から成るマスク層１６１を形成した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によって、｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板１１０のこの主面上に、＜１１０＞方向（より具体的には、［０１１］Ａ方向）と平行に延びるマスク層１６１を形成する（図３の（Ａ）参照）。
【００６２】
［工程−１００Ｂ］
次いで、マスク層１６１をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて素子製造用基板１１０の主面（露出した素子製造用基板１１０の主面の部分であり、下地でもある）をエッチングする。エッチング液として、クエン酸：純水：過酸化水素水＝３：３：２（容積比）としたクエン酸過水を使用し、エッチング液を６〜９゜Ｃとしてウェットエッチングを行った。その結果、図３の（Ｂ）に示すように、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面１１１ｂの傾斜角がθUである凸部上層１１１Ｂを形成することができる。
【００６３】
［工程−１００Ｃ］
次いで、エッチング液の温度を変えて、マスク層１６１及び凸部上層１１１Ｂの側面１１１ｂをエッチング用マスクとして用いて、素子製造用基板１１０の主面（下地）をウェットエッチング法にて更にエッチングする。具体的には、上述した組成のクエン酸過水を使用し、エッチング液を２〜５゜Ｃとしてウェットエッチングを行った。ところで、［工程−１００Ｂ］にて得られた凸部上層１１１Ｂの側面１１１ｂはウェットエッチングにおけるエッチング安定結晶面であり、マスク層１６１及び凸部上層１１１Ｂの側面１１１ｂをエッチング用マスクとしてウェットエッチングを行うことができ、この［工程−１００Ｃ］においては、凸部上層１１１Ｂの側面１１１ｂはエッチングされることが無い。こうして、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面１１１ａの傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層１１１Ａを形成することができる（図３の（Ｃ）参照）。尚、［工程−１００Ｂ］におけるエッチング液の温度を、この［工程−１００Ｃ］におけるエッチング液の温度よりも高くしたので、θD＜θ111B＜θUとなった。こうして、［０１１］Ａ方向に延び、所望の頂面の幅と全体の高さを有する２重の台形状の凸部１１１を形成することができる。ここで、凸部１１１の幅方向は、［０−１１］Ｂ方向に平行である。
【００６４】
［工程−１１０］
次に、ウェットエッチング法に基づきマスク層１６１を除去した後、凸部１１１の頂面上に、第１導電型を有する第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層１２２が順次積層されて成る発光部１２０を形成し、併せて、凸部１１１が形成されていない素子製造用基板１１０の主面の部分（凹部面，露出面）に、第１導電型を有する第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、及び、第２導電型を有する第２化合物半導体層１２２が順次積層されて成る積層構造体１２０’を形成する。
【００６５】
具体的には、これらの各化合物半導体層をＭＯＣＶＤ法にて成膜する。ＭＯＣＶＤ法にあっては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）あるいはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡｌ）をアルミニウム（Ａｌ）源の原料ガスとして用い、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）あるいはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）をガリウム（Ｇａ）源の原料ガスとして用い、ターシャリー・ブチル・アルシン（ＴＢＡｓ）あるいはアルシン（ＡｓＨ3）をヒ素（Ａｓ）源の原料ガスとして用いればよい。また、ｎ型不純物ドーピング用のガスとして、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、モノシラン（ＳｉＨ4）あるいはトリメチルスズ（ＴＭＳｎ）、硫化水素（Ｈ2Ｓ）、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）あるいはテルル化水素（Ｈ2Ｔｅ）を用いればよい。一方、ｐ型不純物ドーピング用のガスとして、例えば、トリメチル亜鉛（ＴＭＺｎ）、トリエチル亜鉛（ＴＥＺｎ）、ビス・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ビス・エチル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ2Ｍｇ）、ビス・イソプロピル・シクロペンタ・ジエニルマグネシウム（ｉ−ＰｒＣｐ2Ｍｇ）、ビス・メチルシクロペンタ・ジエニルマグネシウム（ＭｅＣｐ2Ｍｇ）、トリメチルマンガン（ＴＭＭｎ）、四塩化炭素（ＣＣｌ4）、四臭化炭素（ＣＢｒ4）あるいは四ヨウ化炭素（ＣＩ4）等を用いればよい。そして、上述したとおり、ＭＯＣＶＤ法に基づき、これらのＩＩＩ族ガス、Ｖ族ガス、不純物ガスを反応室に導入し、６００゜Ｃ〜９００゜Ｃの温度範囲で熱分解反応させて、結晶成長させることによって、凸部上層１１１Ｂの頂面上、凸部１１１の側面上、及び、素子製造用基板１１０の凹部面上に、第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、第２化合物半導体層１２２Ａ，１２２Ｂをエピタキシャル成長させる。
【００６６】
凸部１１１の側面は、｛１１１｝Ｂ面ではなく、結晶成長面であるが故に、凸部１１１の側面上に、第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、第２化合物半導体層１２２Ａ，１２２Ｂが、順次、結晶成長していく。つまり、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に模式的に図示するように、凸部１１１の側面を構成する側面１１１ｂ及び側面１１１ａは、｛１１１｝Ｂ非成長面ではないので、側面の結晶成長の際には両者共に結晶成長する。特に、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、θ111B≦θUを満たす側面１１１ｂが結晶成長する際には、その傾斜角（θU）を保持したまま結晶成長するが、同時に、｛１１１｝Ｂ非成長面を側面に形成しながら結晶成長を続ける（図４の（Ａ）参照）。一方、側面を構成するもう１つの側面である側面１１１ａにおいては、図４の（Ａ）のように、θD≦θ111Bを満たす場合、｛１１１｝Ｂ非成長面を形成することができないので、その傾斜角（θD）を保持したまま結晶成長する。
【００６７】
従って、実際には、側面１１１ｂの結晶成長と側面側面１１１ａの結晶成長とが同時に進行するとき、傾斜角θUを有する側面１１１ｂは、その面で結晶成長しながらも、｛１１１｝Ｂ非成長面の形成を伴っている。それ故、この｛１１１｝Ｂ非成長面と側面１１１ａの結晶成長とによって挟まれ、傾斜角θUを有する側面１１１ｂが占める面積は次第に減少し、消滅する場合がある。つまり、別の結晶面で側面１１１ｂが覆われる場合がある。尚、このような状態を、便宜上、『消滅パターン１』と呼ぶ。あるいは又、傾斜角θUを有する側面１１１ｂが消滅する以前に、側面１１１ａが、新たに発生した｛３１１｝Ｂ面の結晶成長（化合物半導体層１７３が該当する）によって覆われて、側面１１１ａが消滅し、｛３１１｝Ｂ面（化合物半導体層１７３）の結晶成長と、｛１１１｝Ｂ非成長面の結晶成長に伴い、傾斜角θUを有する側面１１１ｂが占める面積が次第に減少し、消滅する場合もある。尚、このような状態を、便宜上、『消滅パターン２』と呼ぶ。このように、傾斜角θUを有する側面１１１ｂあるいは側面１１１ａのどちらか一方が先に消滅した時点における側面形状は、傾斜角θDを有する側面１１１ａと｛１１１｝Ｂ非成長面とによって側面全体が構成されている形態、あるいは、｛３１１｝Ｂ面（化合物半導体層１７３）と傾斜角θUを有する側面１１１ｂとによって側面全体が構成されている形態となる。この状態は、図示していないが、図４の（Ａ）と図４の（Ｂ）との中間に相当する状態である。
【００６８】
その後、消滅パターン１にあっては、残った側面１１１ａは、側面１１１ｂの結晶成長の際に形成された｛１１１｝Ｂ非成長面を埋め込むように、傾斜角θDを保持したまま結晶成長を継続し、次第に｛１１１｝Ｂ非成長面上を占有していくようになる。ところが、この傾斜角θDを保持したまま結晶成長する側面１１１ａは、最下端から発生した｛３１１｝Ｂ面の結晶成長（化合物半導体層１７３）によって急速に追いつかれてしまう。従って、最終的には、凸部の側面は、この｛３１１｝Ｂ面と｛１１１｝Ｂ非成長面だけから構成される。一方、消滅パターン２にあっては、残った側面１１１ｂは、傾斜角θUを保持したまま結晶成長するが、側面１１１ｂの結晶成長に伴って形成された｛１１１｝Ｂ非成長面、及び、側面１１１ａを消滅させた｛３１１｝Ｂ成長面とによって挟まれて、次第にその占有面積を減らし続けて消滅してしまう。従って、最終的には、凸部の側面は、この｛３１１｝Ｂ面と｛１１１｝Ｂ非成長面だけから構成される。そして、これらの消滅パターン１及び消滅パターン２の最終形態を示しているのが図４の（Ｂ）であり、化合物半導体層１７１と化合物半導体層１７２の境界部分には、｛３１１｝Ｂ面が最表面に現れた化合物半導体層１７３が図示されている。一方、凸部上層１１１Ｂの頂面及び素子製造用基板１１０の凹部面は｛１００｝面であるが故に、凸部上層１１１Ｂの頂面上及び素子製造用基板１１０の凹部面上では、特殊な結晶面の発生や消滅が生じることはなく、順番通りに単純に各化合物半導体層が積層され続ける。
【００６９】
従って、発光部１２０及び積層構造体１２０’の形成を開始すると、先ず、凸部１１１の側面上における化合物半導体層の結晶成長、並びに、凸部上層１１１Ｂの頂面上及び素子製造用基板１１０の凹部面上における化合物半導体層といった主立った３箇所で結晶成長が同時に開始し、最終的には、上述したとおり、凸部１１１の側面上における化合物半導体層の結晶成長によって、表面が｛１１１｝Ｂ面から構成された化合物半導体層１７１が凸部１１１の側面上に形成される。一方、素子製造用基板１１０の凹部面上には、表面が｛１００｝面から構成された化合物半導体層１７２が形成され、凸部上層１１１Ｂの頂面上には、表面が｛１００｝面から構成された化合物半導体層１７４が、｛１１１｝Ｂ非成長面の形成を伴って形成される。尚、この｛１１１｝Ｂ非成長面の形成は、上述したとおり、｛１１１｝Ｂ非成長面の形成を伴った側面１１１ｂの結晶成長とは別個独立しており、発生している場所が異なっていることは云うまでもない。
【００７０】
そして、図４（Ｃ）に示すように、最終的には、凸部１１１周辺における全ての結晶成長に関して、化合物半導体層１７２、化合物半導体層１７３及び化合物半導体層１７４の３箇所で結晶成長が進行する。その結果、｛１１１｝Ｂ面は非成長面であるが故に、第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、第２化合物半導体層１２２Ａ，１２２Ｂは、凸部１１１の上の領域と、素子製造用基板１１０の凹部面上の領域とでは、分断された状態で形成（積層）される。こうして、図５に示す構造を得ることができる。尚、凸部１１１の頂面の幅ＷUと凸部１１１の高さ（ＨU＋ＨD）との比率を適切に選択することによって、図５に示すように、断面形状が二等辺三角形状の発光部が完成した時点において、第２化合物半導体層１２２の位置（高さ）が、活性層１２３の位置（高さ）よりも低いところに位置するような構造とすることが可能になる。そして、その結果、活性層１２３の側面に電流ブロック層を確実に形成することが可能となるので、電流パスを活性層に集中させる構造が得られる。また、高さ（ＨU＋ＨD）におけるＨU，ＨDのそれぞれの構成比率を適切に選択することによって、上述したように、２つの側面１１１ｂ，１１１ａの消滅するタイミングを早期に生じさせることや、消滅の順番を制御することが可能となる。特に、傾斜角θDを保持したまま結晶成長する側面１１１ａを消滅させるタイミングが遅れ、側面１１１ａがいつまでも残った状態でその他の面の結晶成長が続くと、最終的に側面１１１ａを消滅させることができたとしても、図６に示す電流ブロック層１４０と活性層１２３の側面との間に、傾斜角θDを有する面がスパイク状に挿入された構造となる場合がある。このような構造が形成されてしまうと、電流リークの原因となる。従って、高さ（ＨU＋ＨD）におけるＨU，ＨDのそれぞれの構成比率は、電流リーク防止のために重要な役割を果たしている。凸部１１１の頂面においては、第１化合物半導体層１２１、活性層１２３、第２化合物半導体層１２２Ａ，１２２Ｂの厚さを適切に選択することで、凸部１１１の上に、｛１１１｝Ｂ面非成長面を二辺とする断面が二等辺三角形である発光部１２０の積層構造を得ることができる。
【００７１】
［工程−１２０］
その後、積層構造体１２０’上に、発光部１２０を構成する活性層１２３の側面を少なくとも覆う電流ブロック層１４０を形成する。具体的には、第２化合物半導体層１２２Ｂの形成に連続して、全面に、電流ブロック層位置調整層１３０をＭＯＣＶＤ法に基づき形成し、更に、例えば、電流ブロック層１４０を、順次、ＭＯＣＶＤ法に基づき形成する（図６参照）。電流ブロック層１４０は、｛１１１｝Ｂ面上には結晶成長しない。また、電流ブロック層１４０の端面が、少なくとも活性層１２３の側面を覆うように、電流ブロック層１４０を形成する。このような構成、構造は、凸部上層１１１Ｂの頂面の幅ＷUと凸部１１１の高さ（ＨU＋ＨD）、電流ブロック層位置調整層１３０の厚さを適切に選択することで達成することができる。このときの効果も、上述したとおりである。
【００７２】
［工程−１３０］
次いで、全面に、埋込層１３１及びコンタクト層（キャップ層）１３２を、順次、ＭＯＣＶＤ法に基づき形成する。尚、ＭＯＣＶＤを継続すると、やがて素子製造用基板１１０の凹部面の上方において結晶成長する化合物半導体から成る埋込層１３１が、自己成長停止している発光部１２０を完全に埋め尽くすようになる。その後、コンタクト層１３２上に第２電極１５２を真空蒸着法に基づき形成し、一方、素子製造用基板１１０を裏面側から適切な厚みにラッピングした後、第１電極１５１を真空蒸着法に基づき形成する。
【００７３】
［工程−１５０］
その後、半導体発光素子を分離することによって、半導体発光素子を得ることができる。半導体発光素子を１つずつ分離してもよいし、多数個（例えば、４個、８個、１６個、３２個、６４個等）を１群として纏めて、各群を相互に分離してもよい。
【００７４】
実施例１にあっては、発光部１２０を形成するために凸部１１１を形成する。ところで、凸部１１１は、凸部上層１１１Ｂと凸部下層１１１Ａの２層構造を有する。従って、凸部上層１１１Ｂの頂面の幅ＷUと、凸部上層１１１Ｂの高さＨU、凸部下層１１１Ａの高さＨDを、幅広く選択し、組み合わせることができる。それ故、幅の狭い凸部１１１の上方に所望の幅の活性層１２３を形成したとき、活性層１２３から凸部１１１までの距離が長くなるように設計することが可能となり、活性層１２３で発生した光が凸部１１１で吸収されないようにすることができる。その結果、発光効率が低下してしまうといった問題の発生を抑制することができる。また、上述したとおり、発光部１２０の高さ（大きさ）は凸部上層１１１Ｂの幅ＷUによって規定されるが、素子製造用基板１１０の凹部面から凸部１１１の頂面までの高さ（ＨU＋ＨD）とその高さにおける頂面の幅ＷUとの比であるアスペクト比｛（ＨU＋ＨD）／ＷU｝を、所望のアスペクト比の範囲内に、素子製造用基板１１０のウェットエッチングの制御によって調整することができる。即ち、活性層１２３の側面に電流ブロック層１４０の形成を可能にするためには、所望の活性層１２３の幅に対応した凸部１１１のアスペクト比（例えば、『高さ／幅』の値）には或る範囲が存在するので、その範囲にアスペクト比を収めなければならないが、係るアスペクト比の設計自由度が高い。それ故、アスペクト比の最適化を図ることで、活性層１２３の側面に電流ブロック層１４０を形成することができなくなるといった問題の発生も抑制することができる。このように、従来、素子製造用基板１１０のエッチング（制御に揺らぎのあるエッチング）によって得られる凹凸基板のアスペクト比は、凸部の幅や高さに関して、素子製造用基板内でバラツキが生じ、その結果、一部の素子製造用基板の領域においては、凸部の頂面上に形成した発光部における活性層の側面に電流ブロック層を形成することができないといった問題が生じていた。然るに、実施例１にあっては、所望の活性層１２３の幅に対応した所望の凸部１１１のアスペクト比を、素子製造用基板１１０のウェットエッチングの制御によって行うことが可能となり、素子製造用基板内の凹凸構造の面内均一性に関して、大幅な改善が可能となった。更には、高集積化のために凸部１１１の形成ピッチを小さくしても、活性層１２３で発生した光が凸部１１１で吸収されないように、活性層１２３から凸部１１１までの距離の最適化を図ることができるので、発光効率が低下してしまうといった問題の発生を抑制することができるし、凸部１１１のアスペクト比を、所望のアスペクト比の範囲内に制御することができるので、活性層１２３の側面に電流ブロック層１４０を形成することができなくなるといった問題の発生も抑制することができる結果、半導体発光素子の高集積化を達成することができる。
【実施例２】
【００７５】
実施例２は、本発明の凸部形成方法の変形、本発明の第１の態様に係る下地に設けられた凸部の変形、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子、及び、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法に関する。
【００７６】
図７に模式的な一部断面図を示すように、下地である第２化合物半導体層２２２に設けられた実施例２の凸部２１１も、｛１００｝面を頂面とする下地（第２化合物半導体層２２２）に設けられ、下地（第２化合物半導体層２２２）の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部である。そして、凸部下層２１１Ａ及び凸部上層２１１Ｂの２層構造を有している。
【００７７】
また、実施例２の半導体発光素子は、半導体レーザ、より具体的には、ＩＳＡＮ型半導体レーザから構成されており、図７に模式的な一部断面図を示すように、第１化合物半導体層２２１、活性層２２３及び第２化合物半導体層２２２から成り、第２化合物半導体層２２２の頂面が｛１００｝面である発光部２２０を備えており、第２化合物半導体層２２２に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部２１１が設けられた半導体発光素子である。そして、凸部２１１は、凸部下層２１１Ａ及び凸部上層２１１Ｂの２層構造を有する。
【００７８】
ここで、実施例２において、凸部上層２１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部下層２１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部上層２１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層２１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺である。
【００７９】
そして、実施例２にあっては、凸部上層２１１Ｂの側面２１１ｂの傾斜角をθU、凸部下層２１１Ａの側面２１１ａの傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≠θU
具体的には、
θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）
を満足する。より具体的には、
θD＜θ111B＜θU
を満足し、より一層具体的には、実施例２にあっても、θ111B＝５４．７度であり、θD＝５０度、θU＝６０度である。
【００８０】
ＩＳＡＮ型半導体レーザの場合、ＳＤＨ型半導体レーザの場合とは設計思想が異なるので、側面の果たす役割が全く異なり、ＨU／（ＨU＋ＨD）や、（ＨU＋ＨD）／ＷUといった条件に対する厳しい制約は特にはない。しかしながら、電流狭窄を効果的に生じさせる設計は重要である。具体的には、凸部下層２１１Ａの底辺を短くし、且つ、底辺を活性層２２３に近づけることが、拡散電流を抑制するための重要なポイントとなる場合がある。例えば、図７には、絶縁層２１２によって、凹部全体（側面２１１ｂ及び側面２１１ａを含む面）を絶縁して電流狭窄を行うＩＳＡＮ型半導体レーザを示している。尚、このような構造に基づく光閉じ込め制御の効果よりも一層効果のある構造とするには、凹部を絶縁層２１２で覆う代わりに、図８に模式的な一部断面図を示すように、凹部の下地と格子整合し易く、且つ、活性層２２３の材料よりも低屈折率のｎ型化合物半導体層、ｐ型化合物半導体層、ｎ型化合物半導体層、ｐ型化合物半導体層・・・・の積層構造（以下、『接合型化合物半導体層積層構造』と呼ぶ）によって、凹部を埋め込む構造とすればよい。尚、接合型化合物半導体層積層構造２７０において、ｎｐ接合を有する化合物半導体層の積層の繰り返し回数は、少なくとも１回以上であればよく、図８に示す例にあっては、ｎｐｎ構造を有する。これにより、
（１）電流ブロック層としての役割
（２）光閉じ込め制御層としての役割
の２つの役割を有する埋め込み構造の達成が可能となる。凹部を埋め込む化合物半導体層の結晶成長方法として、ＬＰＥ法（液相成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＰＰＤ法（Plasma Assisted Physical Deposition）を挙げることができる。
【００８１】
凹部を接合型化合物半導体層積層構造２７０で埋め込む埋込み結晶成長の際には、マスク層２６１（図１０参照）を選択成長用マスクとしてそのまま用いてもよい。この場合、埋込み結晶成長終了後、マスク層２６１を通常のエッチング法によって除去してから、凸部の上に、第２電極２５２を形成すればよいし、マスク層２６１が導電性材料から構成されている場合には、埋込み結晶成長後、そのまま第２電極２５２として用いることも可能である。あるいは又、図８に示すように、図１０に示す構造を形成した後、通常のエッチング法によってマスク層２６１を除去し、凹部を接合型化合物半導体層積層構造２７０で埋め込んでもよい。図８には、ｎｐｎ構造で埋め込んだ例を図示している。但し、この場合、凸部の頂面にも、三角形状の接合型化合物半導体層積層構造２７１（図８に示した例では、ｎｐｎ構造の三角形状）が形成される。従って、凹部の埋め込み終了後、エッチングによって凸部頂面の層２１１Ｂが露出するまで、接合型化合物半導体層積層構造２７１を除去する必要がある。尚、除去後、上述したと同様に、凸部に電流が流れるように第２電極２５２を形成すればよい。実施例２にあっては、凸部上層２１１Ｂの厚さをＨU、凸部下層２１１Ａの厚さをＨD、凸部上層２１１Ｂの幅をＷUとしたとき、ＨU＝１．５μｍ又は１μｍ、ＨD＝０．５μｍ、ＷU＝０．５μｍを典型例として挙げることができる。
【００８２】
発光部２２０は、ｎ−ＧａＡｓから成る素子製造用基板２１０の上に形成されている。更には、第１化合物半導体層２２１に電気的に接続された第１電極２５１（具体的には、導電性を有する素子製造用基板２１０の裏面上に形成された第１電極２５１）は、Ｔｉ／ＴｉＷ／Ｐｔ／Ａｕから構成されており、第２１化合物半導体層２２２に電気的に接続された第２電極２５２（具体的には、第２化合物半導体層２２２の上方、より具体的には、コンタクト層（キャップ層）の上に形成された第２電極２５２）は、Ａｕ／Ｎｉ／ＡｕＧｅ又はＡｕ／ＡｕＺｎから構成されている。尚、これらの金属層の界面、特に最下層にＡｌ層、Ｐｄ層あるいはＡｇ層を挿入した電極構造とすることもできる。また、ｎ側電極、ｐ側電極を問わず、電極に用いる各合金の組成は、電極の下地の材質に合わせ、下地にダメージを与えないように適切に選べばよい。
【００８３】
発光部２２０を構成する化合物半導体層の組成を、以下の表２に例示する。
【００８４】
［表２］
第２化合物半導体層２２２・・・ｐ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃ
活性層２２３
多重量子井戸構造・・・ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ（障壁層）
ｉ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ａｓ（井戸層）
ｉ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ（障壁層）
第１化合物半導体層２２１・・・ｎ−Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ：Ｓｅ又はＳｉ
【００８５】
尚、第２化合物半導体層２２２を、ｐ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ：Ｚｎ／ｉ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓ（カーボンオートドープ）／ｉ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ（カーボンオートドープ）の３層構成（ｉ−Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓが活性層側）とし、ｉ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ａｓをエッチングストップ層（光ガイド層を兼ねる）として機能させてもよい。以下の実施例においても同様である。
【００８６】
実施例２にあっては、凸部２１１から、第２化合物半導体層２２２の残部、活性層２２３、及び、第１化合物半導体層２２１に亙り、電流を流すことで、活性層２２３において発光を生じさせる。従って、電流狭窄を効果的に生じさせるために、凸部下層２１１Ａの底辺を短くし、且つ、底辺を活性層２２３に近づけるように、θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）の場合、ＨU／（ＨU＋ＨD），θD，θUに関しては大きな値を、また、ＷUに関しては小さな値を選択するとが好ましい。具体的には、ＨU＝１．５μｍ又は１μｍ、ＨD＝０．５μｍ、ＷU＝０．５μｍを典型例として挙げることができる。尚、活性層２２３付近で、凸部下層２１１Ａの底辺が短くなることを目標にすればよいので、θD，θUが変わると、上述した値とは全く異なる値を逆算によって求める必要が生じる場合があることは云うまでもない。
【００８７】
以下、｛１００｝面を頂面とする下地に、下地の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部を形成する実施例２の凸部形成方法、並びに、実施例２の半導体発光素子及びその製造方法を説明する。
【００８８】
［工程−２００］
先ず、周知の方法に基づき、｛１００｝面を主面として有する素子製造用基板２１０のこの主面の上に、第１化合物半導体層２２１、活性層２２３及び第２化合物半導体層２２２から成り、第２化合物半導体層２２２の頂面が｛１００｝面である発光部２２０を形成する。
【００８９】
［工程−２１０］
次いで、第２化合物半導体層２２２の厚さ方向の一部分に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部２１１を形成する。以下、この［工程−２１０］を、［工程−２１０Ａ］〜［工程−２１０Ｃ］に分けて、説明する。
【００９０】
［工程−２１０Ａ］
具体的には、下地である第２化合物半導体層２２２の上に、＜１１０＞方向と平行に延びるマスク層２６１を基づき形成する。具体的には、実施例２にあっては、ＣＶＤ法にて第２化合物半導体層２２２（下地）の上にＳｉＯ2から成るマスク層２６１を形成した後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術によって、下地である第２化合物半導体層２２２の上に、＜１１０＞方向（より具体的には、［０１１］Ａ方向）と平行に延びるマスク層２６１を形成する（図９の（Ａ）参照）。
【００９１】
［工程−２１０Ｂ］
次いで、マスク層２６１をエッチング用マスクとして用いて、エッチング液を用いたウェットエッチング法にて第２化合物半導体層２２２をエッチングする。実施例２にあっても、エッチング液として、クエン酸：純水：過酸化水素水＝３：３：２（容積比）としたクエン酸過水を使用し、エッチング液を６〜９゜Ｃとしてウェットエッチングを行った。その結果、図９の（Ｂ）に示すように、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、側面２１１ｂの傾斜角がθUである凸部上層２１１Ｂを形成することができる。
【００９２】
［工程−２１０Ｃ］
次いで、エッチング液の温度を変えて、マスク層２６１及び凸部上層２１１Ｂの側面２１１ｂをエッチング用マスクとして用いて、下地である第２化合物半導体層２２２をウェットエッチング法にて更にエッチングする。具体的には、上述した組成のクエン酸過水を使用し、エッチング液を２〜５゜Ｃとしてウェットエッチングを行った。ところで、［工程−２１０Ｂ］にて得られた凸部上層２１１Ｂの側面２１１ｂはウェットエッチングにおけるエッチング安定結晶面であり、マスク層２６１及び凸部上層２１１Ｂの側面２１１ｂをエッチング用マスクとしてウェットエッチングを行うことができ、この［工程−２１０Ｃ］においては、凸部上層２１１Ｂの側面２１１ｂはエッチングされることが無い。こうして、｛１１０｝面で切断したときの断面形状が、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、且つ、側面２１１ａの傾斜角がθD（但し、θD≠θU）である凸部下層２１１Ａを形成することができる（図１０参照）。尚、［工程−２１０Ｂ］におけるエッチング液の温度を、この［工程−２１０Ｃ］におけるエッチング液の温度よりも高くしたので、θD＜θ111B＜θUとなった。こうして、［０１１］Ａ方向に延び、所望の頂面の幅と全体の高さを有する２重の台形状の凸部２１１を形成することができる。ここで、凸部２１１の幅方向は、［０−１１］Ｂ方向に平行である。
【００９３】
［工程−２２０］
その後、全面に、ＳｉＯ2から成る絶縁膜２１２を形成し、凸部上層２１１Ｂの頂面の絶縁膜２１２を除去する。そして、露出した凸部上層２１１Ｂの頂面に、第２電極２５２を真空蒸着法に基づき形成し、一方、素子製造用基板２１０を裏面側から適切な厚みにラッピングした後、第１電極２５１を真空蒸着法に基づき形成する。
【００９４】
［工程−２３０］
その後、半導体発光素子を分離することによって、半導体発光素子を得ることができる。半導体発光素子を１つずつ分離してもよいし、多数個（例えば、４個、８個、１６個、３２個、６４個等）を１群として纏めて、各群を相互に分離してもよい。
【実施例３】
【００９５】
実施例３は、本発明の第２の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の第３の態様に係る半導体発光素子に関し、また、本発明の凸部形成方法の変形、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法の変形に関する。実施例２においては、θD＜θ111B＜θUとした。一方、実施例３にあっては、図１１に模式的な一部断面図を示すように、θU＜θ111B＜θDとする。尚、実施例３の半導体発光素子も、実施例２と同様に、ＩＳＡＮ型半導体レーザから構成されている。ここで、実施例３の半導体発光素子における構成要素と実施例２の半導体発光素子における構成要素とが実質的に同じである場合、実施例３の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁と実施例２の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁とを同じとしている。
【００９６】
実施例３の下地に設けられた凸部３１１は、｛１００｝面を頂面とする下地（第２化合物半導体層３２２）に設けられ、下地（第２化合物半導体層３２２）の＜１１０＞方向と平行に延びる凸部である。そして、凸部下層３１１Ａ及び凸部上層３１１Ｂの２層構造を有し、凸部上層３１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部下層３１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部上層３１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層３１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺である。
【００９７】
また、実施例３の半導体発光素子は、第１化合物半導体層３２１、活性層３２３及び第２化合物半導体層３２２から成り、第２化合物半導体層３２２の頂面が｛１００｝面である発光部３２０を備えており、第２化合物半導体層３２２に、＜１１０＞方向と平行に延びる凸部３１１が設けられた半導体発光素子である。そして、凸部下層３１１Ａ及び凸部上層３１１Ｂの２層構造を有し、凸部上層３１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部下層３１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状は、底辺の長さが上辺の長さよりも長い等脚台形であり、凸部上層３１１Ｂを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における底辺は、凸部下層３１１Ａを｛１１０｝面で切断したときの断面形状における上辺である。
【００９８】
以上の構成、構造は、実施例２と同じである。そして、実施例３にあっては、凸部上層３１１Ｂの側面３１１ｂの傾斜角をθU、凸部下層３１１Ａの側面３１１ａの傾斜角をθD、凸部の側面が（１１１）Ｂ面であるときの側面の傾斜角をθ111Bとしたとき、
θD≠θU
具体的には、
θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）
を満足する。より具体的には、
θU＜θ111B＜θD
を満足する。より一層具体的には、実施例３にあっては、θ111B＝５４．７度であり、θU＝５０度、θD＝６０度である。
【００９９】
前述したと同様に、ＩＳＡＮ型半導体レーザの場合、ＳＤＨ型半導体レーザの場合とは設計思想が異なるので、側面の果たす役割が全く異なり、ＨU／（ＨU＋ＨD）や、（ＨU＋ＨD）／ＷUといった条件に対する厳しい制約は特にはない。しかしながら、電流狭窄を効果的に生じさせる設計は重要である。具体的には、凸部下層３１１Ａの底辺を短くし、且つ、底辺を活性層３２３に近づけることが、拡散電流を抑制するための重要なポイントとなる場合がある。例えば、図１１には、絶縁層３１２によって、凹部全体（側面３１１ｂ及び側面３１１ａを含む面）を絶縁して電流狭窄を行うＩＳＡＮ型半導体レーザを示している。尚、このような構造による光閉じ込め制御の効果よりも一層効果のある構造とするには、凹部を絶縁層３１２で覆う代わりに、図１２に模式的な一部断面図を示すように、凹部の下地と格子整合し易く、且つ、活性層３２３の材料よりも低屈折率の接合型化合物半導体層積層構造３７０（図１２に示す例にあっては、ｎｐｎ構造）によって、凹部を埋め込む構造とすればよい。これにより、
（１）電流ブロック層としての役割
（２）光閉じ込め制御層としての役割
の２つの役割を有する埋め込み構造の達成が可能となる。
【０１００】
凹部を接合型化合物半導体層積層構造３７０で埋め込む埋込み結晶成長の際には、マスク層を選択成長用マスクとしてそのまま用いてもよい。この場合、埋込み結晶成長終了後、マスク層を通常のエッチング法によって除去してから、凸部の上に、第２電極３５２を形成すればよいし、マスク層が導電性材料から構成されている場合には、埋込み結晶成長後、そのまま第２電極３５２として用いることも可能である。あるいは又、図１２に示すように、図１１に示す構造（但し、絶縁膜３１２及び第２電極３５２は形成されていない）を形成した後、通常のエッチング法によってマスク層を除去し、凹部を接合型化合物半導体層積層構造３７０で埋め込んでもよい。図１２には、ｎｐｎ構造で埋め込んだ例を図示している。但し、この場合、凸部の頂面にも、三角形状の接合型化合物半導体層積層構造３７１（図１２に示した例では、ｎｐｎ構造の三角形状）が形成される。従って、凹部の埋め込み終了後、エッチングによって凸部頂面の層３１１Ｂが露出するまで、接合型化合物半導体層積層構造３７１を除去する必要がある。尚、除去後、上述したと同様に、凸部に電流が流れるように第２電極３５２を形成すればよい。実施例３にあっては、凸部上層３１１Ｂの厚さをＨU、凸部下層３１１Ａの厚さをＨD、凸部上層３１１Ｂの幅をＷUとしたとき、ＨU＝０．５μｍ、ＨD＝１．５μｍ又は１μｍ、ＷU＝０．５μｍを典型例として挙げることができる。
【０１０１】
以上の点を除き、実施例３の半導体発光素子の構成、構造は、実施例２の半導体発光素子の構成、構造と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。ところで、実施例２の場合と同様に、電流狭窄を効果的に生じさせるために、凸部下層３１１Ａの底辺を短くし、且つ、底辺を活性層３２３に近づけるように、θU≦θ111B≦θD（但し、θD≠θU）の場合、ＨU／（ＨU＋ＨD）に関しては小さな値を、θD，θUに関しては大きな値を、また、ＷUに関しては小さな値を選択することが好ましい。具体的には、例えば、ＨU＝０．５μｍ、ＨD＝１．５μｍ又は１μｍ、ＷU＝０．５μｍを典型例として挙げることができる。尚、活性層３２３付近で、凸部下層３１１Ａの底辺が短くなることを目標にすればよいので、θD，θUが変わると、上述した値とは全く異なる値を逆算によって求める必要が生じる場合があることは云うまでもない。
【０１０２】
実施例３にあっては、実施例２の［工程−２１０Ｂ］におけるウェットエッチング時のエッチング液温度を２〜５゜Ｃとし、実施例２の［工程−２１０Ｃ］におけるウェットエッチング時のエッチング液温度を６〜９゜Ｃとすればよい。
【実施例４】
【０１０３】
実施例４は、本発明の凸部形成方法の変形、本発明の第１の態様に係る下地に設けられた凸部の変形、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の変形、及び、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法の変形に関する。
【０１０４】
実施例４の半導体発光素子は、ＳＡＮ型半導体レーザから構成されている。即ち、図１３あるいは図１４に模式的な一部断面図を示すように、実施例４にあっては、凸部４１１は電流を狭窄する領域に相当し、即ち、凸部４１１は電流を流さない領域である。この凸部４１１は、予め、基板上に第１化合物半導体層４２１、活性層４２３を結晶成長させた後、接合型化合物半導体層積層構造（図１３あるいは図１４では、第１化合物半導体層４２１層上のｎｐｎ構造）を結晶成長させ、次いで、マスク層を形成した後、例えば、実施例２の［工程−２１０］と同様にしてエッチングを行うことで得ることができる。
【０１０５】
ＳＡＮ型半導体レーザは、２つの凸部４１１と、これらの凸部４１１に挟まれた凹部から構成されている。ここで、図１３及び図１４に示した例にあっては、２つの凸部４１１に挟まれた凹部が、第３化合物半導体層４２４によって埋め込まれた構造である。尚、第３化合物半導体層４２４、第２化合物半導体層４２２の残部、活性層４２３、及び、第１化合物半導体層４２１に亙り、電流を流すことで、活性層４２３において発光を生じさせる。従って、ＳＡＮ型半導体レーザにあっては、θD≦θ111B≦θU（但し、θD≠θU）の場合、電流狭窄を効果的に生じさせるために、２つの凸部４１１のピッチを小さくし、凸部下層４１１Ａの底辺を長くし、且つ、底辺を活性層４２３に近づけるように、ＨD／（ＨU＋ＨD），θD，θUに関しては大きな値を選択することが好ましい。具体的には、例えば、実施例２や実施例３で示したＩＳＡＮ型半導体レーザと同じ凸部の外形形状を挙げることができる。
【０１０６】
但し、ＳＡＮ型半導体レーザの場合、この凸部４１１は、あくまでも電流ブロック層である。従って、電流注入領域である凹部を挟む２つの凸部４１１のピッチを小さくすることに限界がある場合、凹部における電流狭窄を更に効果的に行うには、凸部下層４１１Ａの底辺が長くなることを目標とすればよい。それ故、傾斜角θD，θUが小さい斜面を適切に選び、できるだけ深くエッチングするか、極端に傾斜度の小さい斜面を最後の底面形成に用いるか、極端に傾斜度の小さい斜面が凸部４１１の全側面を占める割合が高い構造を採用すればよい。いずれにせよ、ＳＡＮ型半導体レーザの場合、接合型化合物半導体層積層構造を十分な積層数の多層構造としておけば、例えば、実施例２の［工程−２１０］と同様のエッチングによって、電流ブロック層の機能を有する２つの凸部４１１で挟まれた凹部の底面を最大限に短くすることが可能となり、ＩＳＡＮ型半導体レーザの場合よりも、より一層最適化された電流狭窄構造を形成できる点で有利である。
【０１０７】
実施例４にあっては、エッチングによる凸部４１１の外形形状は、実施例２の凸部２１１の外形形状と同様とすることができる。実施例４の半導体発光素子が、実施例２の半導体発光素子と異なる点は、凸部４１１と凸部４１１との間にｐ型第３化合物半導体層４２４が形成されている点、及び、ｐ型第３化合物半導体層４２４上に第２電極４５２が形成されている点にある。更には、予め、電流ブロック構造を有する接合型化合物半導体層積層構造４７０（図１３及び図１４参照）を形成してから、接合型化合物半導体層積層構造４７０を本発明に基づくエッチング法によってエッチングし、凸部２１１と類似又は同じ形状の凸部４１１を形成し、凹部に電流注入層（ｐ型第３化合物半導体層４２４）を埋め込む点にある。尚、図１３においては、凹部を埋め込むｐ型第３化合物半導体層４２４は、第２化合物半導体層４２２を下地層として積層可能な、高濃度のｐ型の低屈折率化合物半導体層であればよく、埋込み成長させることが可能であれば、結晶成長方法は、ＬＰＥ法でもＭＯＣＶＤ法でもＰＰＤ法でもよい。図１３に示す例は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、電流注入用の凹部埋め込みを行った例であるが、ＬＰＥ法で埋め込む場合は、単にフラットに埋め込まれる形状となる。また、ＭＯＣＶＤ法を用いて電流注入用に凹部の埋込み成長を行う際に、マスク層を除去して行うと、電流ブロック機能を有する凸部４１１の頂面にＳＤＨ型半導体レーザの形成時と同様の｛１１１｝Ｂ非成長面が現れるので、三角形状の層４２４’が形成される。そして、電流注入用の凹部埋込み成長の終了後、この三角形状の層４２４’を通常のエッチングによって除去し、その後、第３化合物半導体層４２４の上に第２電極（透明電極層）４５２を積層してもよいし、この三角形状の層４２４’を除去せず、そのまま、第３化合物半導体層４２４の上に第２電極（透明電極層）４５２を形成してもよい。また、発光ダイオードの場合、特に、凹部に埋込み成長を行わずに、エッチングによって形成した凹部に第２電極を形成することができるように、予め結晶成長を行っておき、本発明によるエッチング法に基づく凹部形成後に、凹部上に第２電極（透明電極層）を形成してもよい。ここで、実施例４の半導体発光素子における形状あるいは構成要素と、実施例２の半導体発光素子における形状あるいは構成要素とが実質的に同じである場合、実施例４の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁と実施例２の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁とを同じとしている。
【０１０８】
ＳＡＮ型半導体レーザの場合にも、ＳＤＨ型半導体レーザの場合とは設計思想が異なるので、側面の果たす役割が全く異なり、ＨU／（ＨU＋ＨD）や、（ＨU＋ＨD）／ＷUといった条件に対する厳しい制約は特にはない。但し、ＩＳＡＮ型半導体レーザにおける電流狭窄構造との違いに注意しながら、電流狭窄構造を設計するには、先ずは、凸部のピッチを狭く設計し、次に、凸部側面を構成する傾斜角の小さい斜面が凸部の側面全体に占める割合を増やして、凹部を狭くする必要がある。実施例４にあっては、凸部上層４１１Ｂの厚さをＨU、凸部下層４１１Ａの厚さをＨD、凸部上層４１１Ｂの幅をＷUとしたとき、具体的には、例えば、ＨU＝１．５μｍ又は１μｍ、ＨD＝０．５μｍ、ＷU＝０．５μｍ、あるいは、ＨU＝０．５μｍ、ＨD＝１．５μｍ又は１μｍ、ＷU＝０．５μｍを典型例として挙げることができる。
【実施例５】
【０１０９】
実施例５は、本発明の凸部形成方法の変形、本発明の第２の態様に係る下地に設けられた凸部の変形、本発明の第３の態様に係る半導体発光素子の変形、及び、本発明の第２の態様に係る半導体発光素子の製造方法の変形に関する。
【０１１０】
実施例５の半導体発光素子も、実施例４と同様に、ＳＡＮ型半導体レーザから構成されている。即ち、図１５及び図１６に模式的な一部断面図を示すように、実施例５にあっても、凸部５１１は電流を狭窄する領域に相当し、即ち、凸部５１１は電流を流さない領域であり、凸部５１１と凸部５１１の間に形成された第３化合物半導体層５２４から、第２化合物半導体層５２２の残部、活性層５２３、及び、第１化合物半導体層５２１に亙り、電流を流すことで、活性層５２３において発光を生じさせる。
【０１１１】
実施例５にあっては、エッチングによる凸部５１１の外形形状は、実施例３の凸部３１１の外形形状と同様とすることができる。実施例５の半導体発光素子が、実施例３の半導体発光素子と異なる点は、凸部５１１と凸部５１１との間にｐ型第３化合物半導体層５２４が形成されている点、及び、ｐ型第３化合物半導体層５２４上に第２電極５５２が形成されている点にある。更には、予め、電流ブロック構造を有する接合型化合物半導体層積層構造５７０（図１５及び図１６参照）を形成してから、接合型化合物半導体層積層構造５７０を本発明に基づくエッチング法によってエッチングし、凸部３１１と類似又は同じ形状の凸部５１１を形成し、凹部に電流注入層（ｐ型第３化合物半導体層５２４）を埋め込む点にある。尚、実施例５の半導体発光素子における構成要素と実施例３の半導体発光素子における構成要素とが実質的に同じである場合、実施例５の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁と実施例２の半導体発光素子における構成要素の参照番号の下２桁とを同じとしている。
【０１１２】
また、実施例５の半導体発光素子の構成、構造と、実施例４の半導体発光素子の構成、構造との違いは、実施例４の凸部４１１の上層と下層の斜面の角度の関係と、実施例５の凸部５１１の上層と下層の斜面の角度の関係とが、逆の関係になっているだけである。尚、２つの凸部５１１で狭窄される凹部を設計するための詳細な設計方法の説明、注意点は、実施例４における説明と同様であるので、省略する。
【０１１３】
以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定するものではない。実施例において説明した半導体発光素子の構成、構造、半導体発光素子を構成する材料、半導体発光素子の製造条件や各種数値は例示であり、適宜変更することができる。実施例においては、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としたが、これとは逆に、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。
【０１１４】
本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る下地に設けられた凸部、本発明の凸部形成方法は、例えば、埋め込みヘテロ型レーザ及びその製造方法、面発光（レーザ）素子及びその製造方法、ＬＥＤ及びその製造方法、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ及びその製造方法、フォトダイオード及びその製造方法、太陽電池及びその製造方法にも適用することができる。具体的には、これらの素子を分離するための凹部あるいは分離溝の形成、特に、幅、深さ、ピッチ等のエッチング制御をウェハ面内の広範囲に亙り要求される場合に、本発明の凸部形成方法を効果的に適用することができる。そして、本発明の第１の態様あるいは第２の態様に係る下地に設けられた凸部に、これらの素子を形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】図１は、実施例１における凸部の模式的な一部断面図である。
【図２】図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例１の半導体発光素子であるＳＤＨ型半導体レーザの模式的な一部断面図である。
【図３】図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の半導体発光素子の製造方法を説明するための素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図４】図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の半導体発光素子の製造において、積層構造体が結晶成長していく過程を模式的に示す、素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図５】図５は、図４の（Ｃ）に引き続き、実施例１の半導体発光素子の製造方法を説明するための素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図６】図６は、図５に引き続き、実施例１の半導体発光素子の製造方法を説明するための素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図７】図７は、実施例２の半導体発光素子であるＩＳＡＮ型半導体レーザの模式的な一部断面図である。
【図８】図８は、実施例２の半導体発光素子の変形例であるＩＳＡＮ型半導体レーザの変形例の模式的な一部断面図である。
【図９】図９の（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例２の半導体発光素子の製造方法を説明するための素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図１０】図１０は、図９の（Ｂ）に引き続き、実施例２の半導体発光素子の製造方法を説明するための素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図１１】図１１は、実施例３の半導体発光素子であるＩＳＡＮ型半導体レーザの模式的な一部断面図である。
【図１２】図１２は、実施例３の半導体発光素子の変形例であるＩＳＡＮ型半導体レーザの変形例の模式的な一部断面図である。
【図１３】図１３は、実施例４の半導体発光素子であるＳＡＮ型半導体レーザの模式的な一部断面図である。
【図１４】図１４は、実施例４の半導体発光素子の変形例であるＳＡＮ型半導体レーザの変形例の模式的な一部断面図である。
【図１５】図１５は、実施例５の半導体発光素子であるＳＡＮ型半導体レーザの模式的な一部断面図である。
【図１６】図１６は、実施例５の半導体発光素子の変形例であるＳＡＮ型半導体レーザの変形例の模式的な一部断面図である。
【図１７】図１７の（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の半導体発光素子における問題点を説明するための発光素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図１８】図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は、従来の半導体発光素子における別の問題点を説明するための発光素子製造用基板等の模式的な一部断面図である。
【図１９】図１９の（Ａ）〜（Ｃ）は、従来の半導体発光素子における問題点を纏めた発光素子製造用基板等の概念図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１０，２１０，３１０，４１０，５１０・・・素子製造用基板、１１１，２１１，３１１，４１１，５１１・・・凸部、１１１Ａ，２１１Ａ，３１１Ａ，４１１Ａ，５１１Ａ・・・凸部下層、１１１ａ，２１１ａ，３１１ａ，４１１ａ，５１１ａ・・・凸部下層の側面、１１１Ｂ，２１１Ｂ，３１１Ｂ，４１１Ｂ，５１１Ｂ・・・凸部上層、１１１ｂ，２１１ｂ，３１１ｂ，４１１ｂ，５１１ｂ・・・凸部上層の側面、２１２，３１２・・・絶縁膜、１２０，２２０，３２０，４２０，５２０・・・発光部、１２０’，・・・積層構造体、１２１，２２１，３２１，４２１，５２１・・・第１化合物半導体層、１２２，１２２Ａ，１２２Ｂ，２２２，３２２，４２２，５２２・・・第２化合物半導体層、４２４，５４４・・・第３化合物半導体層、１２３，２２３，３２３，４２３，５２３・・・活性層、１３０，・・・電流ブロック層位置調整層、１３１，・・・埋込層、１３２，・・・コンタクト層（キャップ層）、１４０，・・・電流ブロック層、１５１．２５１，３５１，４５１，５５１・・・第１電極、１５２，２５２，３５２，４５２，５５２・・・第２電極、１６１，２６１・・・マスク層、２７０，２７１，３７０，３７１，４７０，５７０・・・接合型化合物半導体層積層構造、４２４’，５２４’・・・三角形状の層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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